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1、本科学生实验报告云南师范大学教务处编印一、实验设计方案实验序号实验6实验名称码形变换实验实验时间2014-4-18实验室云南师范大学同析3栋通信原理实验室1、 实验目的1.1了解几种常见的数字基带信号。1.2掌握常用数字基带传输码型的编码规则。1.3掌握用FPGA实现码型变换的方法。2、 实验内容2.1观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码的波形。2.2观察全0码或全1码时各码型的波形。2.3观察HDB3码、AMI码、BNRZ码的正、负极性波形。2.4观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDBo码、BPH码经过码型反变换
2、后的输出波形。2.5自行设计码型变换电路，下载并观察输出波形。3、 实验仪器及实物图3.1 信号源模块（一块），如下图；图一 信号源实物图其中信号源中的主要器件有： CPLD：ALTER MAX EPM3256ATC144-10，该器件是Altera公司的MAX 3000系列CPID，其特点如下：l 高性能，低功耗CMOS EEPOM技术l 遵循IEEE STD.1149.1 JOINT TEST ACTION GROUP(JTAG)增强的ISP功能l 高密度可编程逻辑器件，5000可用门l 4.5-ns pin to pin 延时，最高频率227.3Mhzl I/O接口支持5V、3.3V和2
3、.5V等多种电平，实物图如下： 存储器：ATMEL AT28C64Bl ATMEL(爱特梅尔)AT28C64是一种采用NMOS、CMOS工艺制成的8K8位28引脚的可用碘擦除可编程只读存储器。l 其读写像SRAM操作一样，不需要外加任何元器件，读访问速度可为45ns-450ns,在写入之前自动擦除，有部分芯片具有两种写入方式，一种像28（C）17一样的字节写入方式，还有另一种页写入方式，AT28C64的也寄存器为64B。l ATMEL并行节后EEPROM程序储存器芯片AT28C64采用单一电源+5V0,1V，低功耗工作电流30mA,备用状态时只有100pA出，与TTL电平兼容。l 一般商业品工
4、作温度范围为0-70，工业品为-40-+85。实物图如下： MCU:ATMEL AT89S51 AT89S51-24PC单片机，最高工作频率24M，供电电压范围4.0-5.5V，40脚DIP封装，片内4K字节的FLASH程序存储器，128字节的片内ram，2个定时器、计数器，6个中断源等。3.2 20M双综示波器（一台），如下图：3.3 连接线（若干），如下图：3.4码形变换模块，如下图：码形变换模块所用芯片CPLD：ALTERA MAX EPM7128SLC84-15在实验二中详细介绍过，再次不再赘述。 原理： 一、二元码(1)在很多教材中将单极性归零码称为归零RZ码，而将与归零相对应的单极
5、性和双极性不归零码称为不归零NRZ码。我们实验指导书中则采用NRZ码代表单极性不归零码，用BNRZ码代表双极性不归零码。并且在大部分实验中均以NRZ码作为输入信号或基带信号。本实验也是用信号源的NRZ码作为输入信号。(2)二元码中最简单的二元码如单极性不归零码、单极性归零码和双极性不归零码的功率谱中有丰富的低频乃至直流分量，对于大多数采用交流耦合的有线信道来说是不允许的。此外，当包含长串的连续“l”或“0”时，非归零码呈现出连续的同定电平。由于信号中不出现跳变，冈而无法提取定时信息。它们存在的另一个问题是：它们不具有榆测错误的能力。由于信道频带受限并且存在其他干扰，经传输信道后基带信号波形会产
6、生畸变，从而导致接收端错误地恢复原始信息。并且由于上述二元码信息中每个“l”和“O”分别独立地相应于某个传输电平，相邻信号之间不存在任何制约，正是这种不相关性使这些基带信号不具有榆测错误信号状态的能力。由于这些问题，它们通常只用于机内或很近距离的信息传递。二、BPH码由于双相码在每个码元问隔的中心部分都存在电平跳变，因此在频谱中存在很强的定时分量，不受信源统计特性的影响。此外，由于方波周期内正、负电平各一半，因而不存在直流分量，这种优点是用频带加倍来换取的。双相码适用于数据终端设备在短距离上的传输。 三、CMI码 CMI码也没有商流分量，却有频繁出现的波形跳变，便于恢复定时信号。而且从CMI码
7、波形可知，用负跳变可点接提取位定时信号，不会产生相位不确定问题。相比之F，在数字双相码中采用一种跳变提取的定时信号相位是不确定的。但若采用两种跳变提取定时信号，则频牢是位定时频牢的两倍，由它分频得到位定时信号时，也必存在相位不确定问题。传号反转码的另一个特点是它有榆测错误的能力。根据它的编码规则，在正常情况F“10”是不可能在波形中出现的，连续的“00”和“11”也是不可能的，这种相关性可以用来检测因信道而产生的部分错误。在CMI码中，原始的=元信息在编码后都用一组两位的二元码来表示，因此这类码义称为IB2B码型。5、实验方法步骤及注意事项5.1 将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地同定在主
8、机箱中，确保电源接触良好。5.2 插上电源线，扣开主机箱右侧的交流开关，再分别按F两个模块中的开关POWERI、 POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。（注意，此处只足验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后扣升电源做实验，不要带电连线）。5.3将信号源模块的拨码开关SW04、sw05设置为00000101 00000000，SWOl、SW02、SW03设置为01110010 00110000 00101011。按实验一的介绍，此时分频比千位、十位、个位均为0，百位为5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHz。观察B
9、S、2BS、NRZ各点波形。5.4编码实验（在每次改变编码方式后，请按下复位键） (l) RZ编码实验 a将“编码方式选择”拨码开关拨为10000000，则编码实验选择为RZ方式。 b将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。 c从“编码输出1处”观察RZ编码。（如果发现波形不正确，请按F复位键后继续观察） (2) BPH编码实验 a将“编码方式选择”拨码开关拨为01000000，则编码实验选择为BPH方式。b将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入输出点用连接线连接：BS与BS2BS与2BS、NRZ与NRZ。 c从“编码输出l处”
10、观察BPH编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）(3) CMI编码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00100000，则编码实验选择为CMI方式。b将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。 c从“编码输出l处”观察CMI编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继继续观察。(4) HDB3编码实验 a将“编码方式选择”拨码开关拨为00010000，则编码实验选择为HDB3方式。 b将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。 c从“编码输出2处”观察HDB
11、3编码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）。(5) BRZ编码实验 a将“编码方式选择”拨码开关拨为00001000，则编码实验选择为BRZ方式。 b将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。 c从“BRZ”处观察BRZ编码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）。(6) BNRZ编码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00000100，则编码实验选择为BNRZ方式。b将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。c从“BNRZ”处观察BNRZ编码（如果发现波
12、形不正确，请按下复位键后继续观察）。(7) AMI编码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00000010，则编码实验选择为AMI方式。b将信号源模块与码型变换模块上以F三组输入输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。c从“编码输出2处”观察AMI编码（如果发现波形不正确，请按卜复位键后继续观察）。5.5解码实验：（在每次改变解码方式后，请按F复位键） (l) RZ解码实验 a将“编码方式选择”拨码开关拨为10000000，则编码实验选择为RZ方式。 b在RZ编码方式的前提F，用线连接“编码输出l”与“解码输入l”。 c从“解码输出处”观察RZ解码。并将示波器设为双踪状
13、态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）。 (2) BPH解码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为01000000，则编码实验选择为BPH方式。b在BPH编码方式的前提下，用线连接“编码输出l”与“解码输入1”。c从“解码输出处”观察BPH解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）。(3) CMl解码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00100000，则编码实验选择为CMl方式。b在CMI编码方式的前提下，用线连接“编码输出1”与“解码输入1”。c从“解码输出处”观察CMl解码。并将示波器设为
14、双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）。(4) HDB3解码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00010000，则编码实验选择为HDB3方式。b在HDB3编码方式的前提下，用线连接“编码输出2”与“解码输入2”。c分别观察双路输出1，双路输出2，并与解码输入2相比较。d从“解码输出处”观察HDB3解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）。(5) BRZ解码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00001000，则编码实验选择为BRZ方式。b在BRZ编码方式的前提下，用线连接“BRZ”与
15、“BRZ解码输入”。c观察“BRZ-I”处输出波形，并与“BRZ解码输入”处波形进行比较。d从“解码输出处”观察BRZ解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按F复位键后继续观察）。(6) BNRZ解码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00000100，则编码实验选择为BNRZ方式。b在BNRZ编码方式的前提下，用线连接“BNRZ”与“解码输入2”。c分别观察双路输出l，双路输出2，并与解码输入2进行比较。d从“解码输出处”观察BNRZ解码。并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确，请按F复位键后继续观察）。(7) AMl解码实验a将“编码方式选择”拨码开关拨为00000010，则编码实验选择为AMI方式。b在AMI编码方式的前提下，用线连接“编码输出2”与“解码输入2”。c分别观察双路输出l，双路输出2，并与解码输入2进行比较。d从“解码输出处”
